計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概論2.doc

Error! No text of specified style in document.第1章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概論大綱要求：l 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)，包括數(shù)據(jù)信號(hào)、信道的基本概念，數(shù)據(jù)通信模型的構(gòu)成，數(shù)據(jù)傳輸基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)編碼的分類和基本原理，多路復(fù)用技術(shù)的基本原理和應(yīng)用以及數(shù)據(jù)交換技術(shù)的基本原理和性能特點(diǎn)。l 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)，包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念、分類和構(gòu)成，協(xié)議的概念，開放系統(tǒng)互連參考模型的結(jié)構(gòu)及各層的功能，TCP/IP協(xié)議的概念及IP數(shù)據(jù)報(bào)的格式、IP地址、子網(wǎng)掩碼和域名，雙絞線、同軸電纜、光纖和無線傳輸媒介的性能特點(diǎn)，中繼器、網(wǎng)橋、路由器、網(wǎng)關(guān)、集線器、交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的主要功能與特點(diǎn)，PSTN、X.25、DDN、幀中繼、ATM、xDSL、HFC、Cable Modem。1.1 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)1.1.1 考點(diǎn)輔導(dǎo)1.1.1.1 數(shù)據(jù)通信基本概念數(shù)據(jù)通信是指在兩點(diǎn)或多點(diǎn)之間通過通信系統(tǒng)以某種數(shù)據(jù)形式進(jìn)行信息交換的過程，可以把信息從某一處安全可靠地傳送到另一處。它是依照一定的通信協(xié)議，利用數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在兩個(gè)終端之間傳遞數(shù)據(jù)信息的一種通信方式和通信業(yè)務(wù)，它可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)和終端以及終端和終端之間數(shù)據(jù)信息的傳遞。1. 數(shù)據(jù)信號(hào)數(shù)據(jù)可分為模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)兩種。在通信系統(tǒng)中，表示模擬數(shù)據(jù)的信號(hào)稱作模擬信號(hào)，表示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的信號(hào)稱作數(shù)字信號(hào)，二者可以相互轉(zhuǎn)化。模擬信號(hào)在時(shí)間和幅度取值上都是連續(xù)的，其電平隨時(shí)間連續(xù)變化，如圖1.1(a)所示。例如，語音是典型的模擬信號(hào)，其他由模擬傳感器接收到的信號(hào)如溫度、壓力、流量等也是模擬信號(hào)。數(shù)字信號(hào)在時(shí)間上是離散的，在幅值上是經(jīng)過量化的，它一般是由二進(jìn)制代碼0、1組成的數(shù)字序列，如圖1.1(b)所示。例如，計(jì)算機(jī)中傳送的是典型的數(shù)字信號(hào)。1 0 1 1 0 0 1 (a) 模擬信號(hào) (b) 數(shù)字信號(hào)圖1.1 模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)傳統(tǒng)的電話通信信道是傳輸音頻的模擬信道，無法直接傳輸計(jì)算機(jī)中的數(shù)字信號(hào)。為了利用現(xiàn)有的模擬線路傳輸數(shù)字信號(hào)，必須將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，將這一過程稱作調(diào)制(Modulation)。在另一端，接收到的模擬信號(hào)要還原成數(shù)字信號(hào)，這個(gè)過程稱作解調(diào)(Demodulation)。通常由于數(shù)據(jù)的傳輸是雙向的，因此，每端都需要調(diào)制和解調(diào)，這種設(shè)備稱作調(diào)制解調(diào)器(Modem)。模擬信號(hào)的數(shù)字化需要三個(gè)步驟：采樣、量化和編碼。采樣是指用每隔一定時(shí)間的信號(hào)樣值序列來代替原來在時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)，也就是在時(shí)間上將模擬信號(hào)離散化。量化是用有限個(gè)幅度值近似原來連續(xù)變化的幅度值，把模擬信號(hào)的連續(xù)幅度變?yōu)橛邢迶?shù)量的有一定間隔的離散值。編碼則是按照一定的規(guī)律，把量化后的值用二進(jìn)制數(shù)字表示，然后轉(zhuǎn)換成二值或多值的數(shù)字信號(hào)流，這樣得到的數(shù)字信號(hào)可以通過電纜、光纖、微波干線、衛(wèi)星通道等數(shù)字線路傳輸，在接收端則與上述模擬信號(hào)數(shù)字化過程相反，經(jīng)過濾波又恢復(fù)成原來的模擬信號(hào)。上述數(shù)字化的過程又稱為脈沖編碼調(diào)制。2. 信道信息傳輸?shù)谋亟?jīng)之路稱為“信道”。信道包括有線信道和無線信道。信道可以分為物理信道和邏輯信道。物理信道是指用于發(fā)送信號(hào)或數(shù)據(jù)的物理通路，由傳輸介質(zhì)及有關(guān)設(shè)備組成。邏輯信道是指在物理信道的基礎(chǔ)上，由節(jié)點(diǎn)內(nèi)部或節(jié)點(diǎn)之間建立的連接來實(shí)現(xiàn)的通路。傳輸信道還可以從不同角度進(jìn)行分類，如有模擬信道與數(shù)字信道之分，有專用線路和交換網(wǎng)線路之分，有有線信道和無線信道之分，有頻分信道和時(shí)分信道之分等。3. 數(shù)據(jù)通信模型數(shù)據(jù)通信模型由3部分組成，即數(shù)據(jù)終端設(shè)備(Data Terminal Equipment，DTE)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)電路。數(shù)據(jù)終端設(shè)備通過數(shù)據(jù)電路與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連。數(shù)據(jù)電路由傳輸信道和數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備(Data Circuit Terminating Equipment，DCTE)組成。通信模型主要由信息源(信源)、信息傳輸媒體(信道)和信宿組成。在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中信源與信宿均由數(shù)據(jù)終端設(shè)備和通信控制器組成，數(shù)據(jù)終端設(shè)備與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連；信道由通信信道和數(shù)據(jù)通信設(shè)備(Data Communication Equipment，DCE)組成，如圖1.2所示。圖1.2 數(shù)據(jù)通信模型如果傳輸信道是模擬信道，DCTE的作用就是把DTE送來的數(shù)字信號(hào)變換為模擬信號(hào)再通過信道送往DTE，或者反過來，把信道送來的模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)再通過信道送往DTE。如果信道是數(shù)字的，DCTE的作用就是實(shí)現(xiàn)信號(hào)碼型與電平的轉(zhuǎn)換、信道特性的均衡、收發(fā)時(shí)鐘的形成與供給以及線路接續(xù)控制等。4. 數(shù)據(jù)通信方式根據(jù)數(shù)據(jù)電路的傳輸能力，數(shù)據(jù)通信可以有單工、半雙工和全雙工3種通信方式。(1)單工通信數(shù)據(jù)只能沿一個(gè)固定方向傳輸，即傳輸是單向的。(2)半雙工通信允許數(shù)據(jù)在兩個(gè)方向上進(jìn)行傳輸，但兩個(gè)方向的傳輸不能同時(shí)進(jìn)行，即在某一時(shí)刻信息只能在一個(gè)方向上傳輸。 (3)全雙工通信允許數(shù)據(jù)在兩個(gè)方向上同時(shí)進(jìn)行傳輸。這是計(jì)算機(jī)通信常用的方式，可大大提高數(shù)據(jù)傳輸效率。全雙工通信是兩個(gè)單工通信方式的結(jié)合，它要求發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備都有獨(dú)立接收和發(fā)送的能力。1.1.1.2 數(shù)據(jù)傳輸基礎(chǔ)1. 數(shù)據(jù)傳輸方式按照不同的標(biāo)準(zhǔn)劃分，數(shù)據(jù)的傳輸方式可以分為并行與串行、異步與同步等。1)并行傳輸與串行傳輸并行傳輸指的是數(shù)據(jù)以并行方式在多條并行信道上同時(shí)進(jìn)行傳輸。常用的就是將構(gòu)成一個(gè)字符代碼的幾位二進(jìn)制碼，分別在幾個(gè)并行信道上進(jìn)行傳輸。例如，采用8單位代碼的字符，可以用8個(gè)信道并行傳輸。一次傳送一個(gè)字符，因此收、發(fā)雙方不存在字符的同步問題，不需要另加“起”、“止”信號(hào)或其他同步信號(hào)來實(shí)現(xiàn)收、發(fā)雙方的字符同步，這是并行傳輸?shù)囊粋€(gè)主要優(yōu)點(diǎn)。但是，并行傳輸必須有并行信道，這往往帶來了設(shè)備上或?qū)嵤l件上的限制，因此，實(shí)際應(yīng)用受限。串行傳輸指的是數(shù)據(jù)流以串行方式，在一條信道上傳輸。一個(gè)字符的8個(gè)二進(jìn)制代碼，由高位到低位順序排列，再接下一個(gè)字符的8位二進(jìn)制碼，這樣串接起來形成串行數(shù)據(jù)流傳輸。串行傳輸只需要一條傳輸信道，易于實(shí)現(xiàn)，是目前主要采用的一種傳輸方式。但是串行傳輸存在一個(gè)收、發(fā)雙方如何保持碼組或字符同步的問題，這個(gè)問題不解決，接收方就不能從接收到的數(shù)據(jù)流中正確地區(qū)分出一個(gè)個(gè)字符來，因而傳輸將失去意義。如何解決碼組或字符的同步問題，目前有兩種不同的解決辦法，即異步傳輸方式和同步傳輸方式。2)異步傳輸與同步傳輸異步傳輸一般以字符為單位，不論所采用的字符代碼長度為多少位，在發(fā)送每個(gè)字符代碼時(shí)，字符代碼前面均加上一個(gè)“起”信號(hào)(其長度規(guī)定為1個(gè)碼元，極性為0，即空號(hào)的極性)；字符代碼后面均加上一個(gè)“止”信號(hào)(其長度為1個(gè)或2個(gè)碼元，極性皆為1，即與信號(hào)極性相同)。加上起、止信號(hào)的作用就是為了能區(qū)分串行傳輸?shù)淖址?，也就是?shí)現(xiàn)串行傳輸收、發(fā)雙方碼組或字符的同步。例如，用異步方式傳送一個(gè)字符R(編碼為1010010)的字碼結(jié)構(gòu)如圖1.3所示。當(dāng)不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端連續(xù)地發(fā)送停止碼1，接收端一旦發(fā)現(xiàn)有從1到0的跳變，便知有新的字符開始發(fā)送。接收端利用這個(gè)電平從高到低的跳變，啟動(dòng)定時(shí)機(jī)構(gòu)按發(fā)送的速度順序接收字符，一個(gè)字符發(fā)送結(jié)束后，發(fā)送端即發(fā)送停止碼元，接收端一旦收到停止位，就將定時(shí)機(jī)構(gòu)復(fù)位，準(zhǔn)備接收下一個(gè)字符代碼。采用異步方式，每個(gè)字符都帶有開始和停止的同步信息，開銷大，效率低，速度慢，控制簡單，如果有錯(cuò)，只需重發(fā)一個(gè)字符，常用于低速傳輸。同步傳輸是以同步的時(shí)鐘節(jié)拍來發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)的，因此在一個(gè)串行的數(shù)據(jù)流中，各信號(hào)碼元之間的相對(duì)位置都是固定的(即同步的)。接收端為了從收到的數(shù)據(jù)流中正確地區(qū)分出一個(gè)個(gè)信號(hào)碼元，必須首先建立準(zhǔn)確的時(shí)鐘信號(hào)。數(shù)據(jù)的發(fā)送一般以組(或稱幀)為單位，一組數(shù)據(jù)包含多個(gè)字符。收發(fā)之間的幀同步是通過傳輸特定的傳輸控制字符或同步序列來完成的，如圖1.4所示。圖1.3 異步傳輸圖1.4 同步傳輸同步傳輸開銷小，效率高，多用于字符信息塊的高速傳送。缺點(diǎn)是線路控制較復(fù)雜，如果數(shù)據(jù)中有一位錯(cuò)，就必須重新傳輸整個(gè)數(shù)據(jù)。2. 數(shù)據(jù)傳輸形式按照傳輸技術(shù)的不同，數(shù)據(jù)傳輸形式可以分為基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸三種形式。1)基帶傳輸基帶是指電信號(hào)所固有的基本頻帶。數(shù)字信號(hào)的基本頻帶是從零至若干兆赫，主要由傳輸速率決定。在數(shù)字傳輸中，不經(jīng)頻譜搬移直接傳送基帶信號(hào)時(shí)稱為基帶傳輸，這種數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)就稱為基帶傳輸系統(tǒng)。2)頻帶傳輸所謂頻帶傳輸，就是把二進(jìn)制信號(hào)經(jīng)調(diào)制解調(diào)器調(diào)制交換成能在公用電話網(wǎng)中傳輸?shù)囊纛l信號(hào)，將音頻信號(hào)在傳輸介質(zhì)中傳送到接收端后，再由調(diào)制解調(diào)器將該音頻信號(hào)解調(diào)變換成原來的二進(jìn)制電信號(hào)。這種頻帶傳輸不僅克服了目前許多長途電話線路不能直接傳輸基帶信號(hào)的缺點(diǎn)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)多路復(fù)用，從而提高了通信線路的利用率。3)寬帶傳輸將信道分成多個(gè)子信道，分別傳送音頻、視頻和數(shù)字信號(hào)，稱為寬帶傳輸。一般來說，寬帶傳輸與基帶傳輸相比具有以下優(yōu)點(diǎn)。l 能在一個(gè)信道中傳輸聲音、圖像和數(shù)據(jù)信息，使系統(tǒng)具有多種用途。l 一條寬帶信道能劃分為多條邏輯基帶信道，實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用，因此信道的容量大大增加。l 寬帶傳輸?shù)木嚯x比基帶遠(yuǎn)，因基帶直接傳送數(shù)字信號(hào)，傳輸?shù)乃俾视?，傳輸?shù)木嚯x愈短。3. 數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率主要涉及比特率、信道帶寬、波特率、尼奎斯特定理、香農(nóng)定理、誤碼率等。1)比特率比特率指單位時(shí)間內(nèi)所傳送的二進(jìn)制碼元(碼元是對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中傳送的二進(jìn)制數(shù)字中每一位的通稱，也常稱作“位”或比特(bit)的有效位數(shù)，以每秒多少比特?cái)?shù)計(jì)，即b/s(或bps)。計(jì)算公式：S=1/Tlog2N式中：T為一個(gè)數(shù)字脈沖信號(hào)的寬度或重復(fù)周期，單位為秒；N為一個(gè)碼元所取的離散值個(gè)數(shù)。通常N=2K，K為二進(jìn)制信息的位數(shù)，K=log2N。N=2時(shí)，S=1/T，表示數(shù)據(jù)傳輸速率等于碼元脈沖的重復(fù)頻率。2)信道帶寬信道帶寬W=f2-f1，其中f1是信道能通過的最低頻率，f2是信道能通過的最高頻率，兩者都是由信道的物理特性決定的。為了使信號(hào)傳輸中的失真小些，信道要有足夠的帶寬。3)波特率波特率是指單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)拇a元位數(shù)，以波特為單位，即Baud，通常用于表示調(diào)制解調(diào)器之間傳輸信號(hào)的速率。這里碼元可以是二進(jìn)制的，也可以是多進(jìn)制的。計(jì)算公式：B=1/T式中：T為信號(hào)碼元的寬度，單位為秒。比特率和波特率的關(guān)系如下面公式所示：S=Blog2N或B=S/log2N4)尼奎斯特定理1924年，亨利尼奎斯特(Harry Nyquist)就推導(dǎo)出了有限帶寬無噪聲信道的極限波特率，稱為尼奎斯特(Nyquist)定理(也譯作奈奎斯特定理)。若信道帶寬為W，則最大碼元速率為：B=2W(Baud)尼奎斯特定理指定的信道容量也叫做尼奎斯特極限，這是由信道的物理特性決定的。超過尼奎斯特極限傳送脈沖信號(hào)是不可能的，所以要進(jìn)一步提高波特率必須改善信道帶寬。 碼元攜帶的信息量由碼元取的離散值個(gè)數(shù)決定。一個(gè)碼元攜帶的信息量n(比特)與碼元的種類數(shù)N有如下關(guān)系：n=log2N即若碼元取兩個(gè)離散值，則一個(gè)碼元攜帶1比特信息；若碼元取4種離散值，則一個(gè)碼元攜帶2比特信息。在一定的波特率下提高速率的途徑是用一個(gè)碼元表示更多的比特?cái)?shù)。如果把2比特編碼為一個(gè)碼元，則數(shù)據(jù)速率可成倍提高，即R=B log2N=2 Wlog2N (bps)式中：R表示數(shù)據(jù)速率，單位是位每秒(bit per second)，簡寫為bps或b/s。5)香農(nóng)定理尼奎斯特定理是在無噪聲的理想情況下的極限值。實(shí)際信道會(huì)受到各種噪聲的干擾，因而遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到按尼奎斯特定理計(jì)算出的數(shù)據(jù)傳送速率。香農(nóng)的研究表明，有噪聲信道的極限數(shù)據(jù)速率為C=W log2 (1+S/N)這個(gè)公式叫做香農(nóng)(Shannon)定理，式中W為信道帶寬，S為信號(hào)的平均功率，N為噪聲平均功率，S/N叫做信噪比。由于在實(shí)際使用中S與N的比值太大，故常取其分貝數(shù)(dB)。分貝與信噪比的關(guān)系為dB=10 lgS/N例如當(dāng)S/N=1000時(shí)，信噪比為30dB。這個(gè)公式與信號(hào)取的離散值個(gè)數(shù)無關(guān)，也就是說無論用什么方式調(diào)制，只要給定了信噪比，則單位時(shí)間內(nèi)最大的信息傳輸量就確定了。例如，信道帶寬為3000Hz，信噪比為30dB，則最大數(shù)據(jù)速率為C=3000 log2(1+1000)30009.9730 000 bps這是極限值，只有理論上的意義。實(shí)際上在3000Hz帶寬的電話線上數(shù)據(jù)速率能達(dá)到9600bps就很不錯(cuò)了。6)誤碼率誤碼率指信息傳輸?shù)腻e(cuò)誤率，即已接收信息中錯(cuò)誤比特?cái)?shù)占總傳輸比特?cái)?shù)的比例。它是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在正常工作情況下的傳輸可靠性的指標(biāo)。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，一般要求誤碼率低于10-6。若誤碼率達(dá)不到這個(gè)指標(biāo)，可通過差錯(cuò)控制方法檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。誤碼率公式為Pe=Ne/N式中：Ne為其中出錯(cuò)的位數(shù)；N為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總數(shù)。1.1.1.3 數(shù)據(jù)編碼通信信道有兩種類型模擬信道和數(shù)字信道。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)在不同的信道中傳輸，要采用不同的編碼方式。1. 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)編碼將計(jì)算機(jī)中的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)變換成網(wǎng)絡(luò)中的模擬信號(hào)，必須要進(jìn)行調(diào)制，即進(jìn)行頻譜變換。模擬信號(hào)傳輸?shù)幕A(chǔ)是載波，載波具有三大要素：幅度、頻率和相位。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以針對(duì)載波的不同要素或它們的組合進(jìn)行調(diào)制。將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制為模擬信號(hào)的基本方式有三種：調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相，如圖1.5所示。1)調(diào)幅調(diào)幅(Amplitude Modulation，AM)即載波的振幅隨著基帶數(shù)字信號(hào)而變化，又稱幅移鍵控(ASK)。在調(diào)幅(幅移鍵控)方式中，用載波的兩個(gè)不同振幅來表示兩個(gè)二進(jìn)制值。例如，用振幅恒定的載波的存在表示一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字1，載波不存在表示一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字0，如圖1.5(b)所示。其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)容易，抗干擾能力差。2)調(diào)頻調(diào)頻(Frequency Modulation，F(xiàn)M)即載波的頻率隨著基帶數(shù)字信號(hào)而變化，又稱頻移鍵控(FSK)。例如，用頻率f1表示一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字1，頻率f2表示一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字0，如圖1.5(c)所示。其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)容易，抗干擾能力強(qiáng)。3)調(diào)相調(diào)相(Phase Modulation，PM)即載波的初始相位隨著基帶數(shù)字信號(hào)而變化，又稱相移鍵控(PSK)。在調(diào)相方式(相移鍵控)中，數(shù)字0和1的載波起始相位不同。例如，可以用=0代表0，=180代表1，如圖1.5(d)所示，這種方法稱為兩相調(diào)制；如果以為0、90、180、270，分別表示二進(jìn)制數(shù)00、01、10、11，這種方法稱為四相調(diào)制。每個(gè)調(diào)制時(shí)間間隔包含兩個(gè)比特的信息，因此，使信息傳輸速率增加一倍。其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，抗干擾能力強(qiáng)。圖1.5 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制方式由PSK和ASK結(jié)合的相位幅度調(diào)制(PAM)，是解決相移數(shù)已達(dá)到上限但還要提高傳輸速率的有效方法。相位幅度調(diào)制，即采用相位調(diào)制和幅度調(diào)制結(jié)合的方法來提高傳輸速率(不提高調(diào)制速率)。它采用16個(gè)不同的相位和幅度電平，可以使1200b/s的Modem傳送19 200b/s的數(shù)據(jù)信號(hào)。2. 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼在數(shù)字信道中傳輸計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)時(shí)，要對(duì)計(jì)算機(jī)中的數(shù)字信號(hào)重新編碼并進(jìn)行基帶傳輸。對(duì)于數(shù)字信號(hào)來說，最常用的方法是用不同的電壓電平來表示兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)字，即數(shù)字信號(hào)由矩形脈沖組成。在基帶傳輸中，數(shù)字信號(hào)的編碼方式有不歸零編碼、曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼，如圖1.6所示。1)不歸零編碼不歸零編碼(Non-Return-Zero，NRZ)，用低電平表示二進(jìn)制0，用高電平表示二進(jìn)制1。不歸零編碼有單極型不歸零編碼和雙極型不歸零編碼兩種。單極型不歸零編碼，無電壓表示0，恒定正電壓表示1，每個(gè)碼元時(shí)間的中間點(diǎn)是采樣時(shí)間，判決門限為半幅電平，如圖1.6(a)所示。雙極型不歸零編碼，1碼和0碼都有電壓，1為正電壓，0為負(fù)電壓，正負(fù)電壓的幅度相等，判決門限為零電平，如圖1.6(b)所示。2)曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼(Manchester Encoding)，用電平的跳變表示二進(jìn)制，電平由從高到低的跳變表示二進(jìn)制1，從低到高的跳變表示二進(jìn)制0，如圖1.6(c)所示。3)差分曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼(Differential Manchester Encoding)，每比特的開始無跳變表示二進(jìn)制1，有跳變表示二進(jìn)制0，如圖1.6(d)所示。圖1.6 常用編碼方案兩種曼徹斯特編碼的最大優(yōu)點(diǎn)是將時(shí)鐘和數(shù)據(jù)包含在信號(hào)數(shù)據(jù)流中，在傳輸代碼信息的同時(shí)，也將時(shí)鐘同步信號(hào)一起送給對(duì)方，所以這種編碼也稱為自同步碼。但缺點(diǎn)也很明顯，那就是編碼效率低。例如，要傳送10Mb/s的數(shù)據(jù)，需要20MHz的脈沖。曼徹斯特編碼常用在以太網(wǎng)中，而差分曼徹斯特編碼常用在令牌環(huán)網(wǎng)中。3. 模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼將模擬數(shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號(hào)的最常見方法是脈沖編碼調(diào)制，簡稱脈碼調(diào)制(Pulse Code Modulation，PCM)。脈碼調(diào)制是以采樣定理為基礎(chǔ)的。從數(shù)學(xué)上說明采樣定理：若對(duì)連續(xù)變化的模擬信號(hào)進(jìn)行周期性采樣，只要采樣頻率等于或大于有效信號(hào)最高頻率的兩倍，則采樣信息包含原信號(hào)的全部信息。再利用低通濾波器可以從這些采樣中重新構(gòu)造出原始信號(hào)。采樣定理表達(dá)公式：Fs2Fmax或Fs2Bs式中：Fs(即1/Ts)為采樣頻率；Fmax為原始信號(hào)的最高頻率；Bs(=Fmax-Fmin)為原始信號(hào)的帶寬。PCM編碼過程包括采樣、量化和編碼3個(gè)步驟，如圖1.7所示。1)采樣每隔一定的時(shí)間對(duì)連續(xù)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，得到的信號(hào)就成為一組“離散”的脈沖信號(hào)序列，這種方式稱為脈沖幅值調(diào)制(Pulse Amplitude Modulation，PAM)。圖1.7 PCM原理2)量化量化是一個(gè)分級(jí)過程，把采樣所得到的PAM脈沖按量級(jí)比較，并且“取整”，這樣脈沖序列就成為數(shù)字信號(hào)了。3)編碼表示采樣序列量化后的量化幅度，它用一定位數(shù)的二進(jìn)制碼表示。如果有N個(gè)量化級(jí)，那么，就應(yīng)當(dāng)有l(wèi)og2N位二進(jìn)制數(shù)碼。例如，聲音數(shù)據(jù)頻率一般在4000Hz以下，那么只要每秒8000次的采樣就可以完整地表示聲音信號(hào)的特征。目前，在語音數(shù)字化脈沖調(diào)制系統(tǒng)中，通常分為128個(gè)量級(jí)，即用7位二進(jìn)制數(shù)碼表示。PCM編碼的數(shù)據(jù)率為80007=56kb/s。1.1.1.4 多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)是把許多單個(gè)信號(hào)在一個(gè)信道上同時(shí)傳輸?shù)募夹g(shù)。其主要目的是為了有效地利用帶寬。多路復(fù)用通常分為頻分多路復(fù)用、時(shí)分多路復(fù)用、波分多路復(fù)用、碼分多址復(fù)用和空分多址復(fù)用等技術(shù)。1. 頻分多路復(fù)用頻分多路復(fù)用(Frequency Division Multiplexing，F(xiàn)DM)是將可用的傳輸頻率范圍分為多個(gè)較細(xì)的頻帶，每個(gè)細(xì)分的頻帶作為一個(gè)獨(dú)立的信道分別分配給用戶形成數(shù)據(jù)傳輸子通路，如圖1.8(a)所示。頻分復(fù)用的特點(diǎn)是：每個(gè)用戶終端的數(shù)據(jù)通過專門分配給它的子通路傳輸，在用戶沒有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，別的用戶也不能使用，如圖1.8(b)所示。頻分多路復(fù)用適用于模擬信號(hào)的頻分傳輸，主要用于電話和有線電視(CATV)系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中應(yīng)和調(diào)制解調(diào)技術(shù)結(jié)合使用。為了防止干擾，各信道之間由保護(hù)頻帶隔離開，保護(hù)頻帶是頻譜中不使用的部分。ADSL采用的就是頻分多路復(fù)用技術(shù)。圖1.8 頻分多路復(fù)用技術(shù)2. 時(shí)分多路復(fù)用時(shí)分多路復(fù)用(Time Division Multiplexing，TDM)是以信道傳輸時(shí)間為分割對(duì)象，通過為多個(gè)信道分配互相不重疊的時(shí)間片的方法來實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用。時(shí)分多路復(fù)用將用于傳輸?shù)臅r(shí)間劃分為若干個(gè)時(shí)間片，每個(gè)用戶分得一個(gè)時(shí)間片，如圖1.9所示。時(shí)分多路復(fù)用又分為同步時(shí)分復(fù)用(STDM)和異步時(shí)分復(fù)用(ATDM)。圖1.9 時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)1)同步時(shí)分復(fù)用同步時(shí)分復(fù)用是固定分配信道，在通信信道上形成一種時(shí)間上的邏輯子信道的通信媒體共享方式。同步時(shí)分復(fù)用的特點(diǎn)是：對(duì)信道進(jìn)行固定的時(shí)隙分配，也就是將一幀中的各時(shí)隙以固定的方式分配給各路數(shù)字信號(hào)。在STDM方式中，時(shí)隙是預(yù)先分配給各終端的，而且是固定的。不論終端是否有數(shù)據(jù)要發(fā)送，都要占用一個(gè)時(shí)隙，而實(shí)際上不是所有終端在每個(gè)時(shí)隙都有數(shù)據(jù)輸出，所以，同步時(shí)分復(fù)用的時(shí)隙利用率較低。2)異步時(shí)分復(fù)用異步時(shí)分復(fù)用是只有當(dāng)某一路用戶有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)才把時(shí)隙分配給它。當(dāng)用戶暫時(shí)停止發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，不給它分配線路資源，線路的傳輸能力可用于為其他用戶傳輸更多的數(shù)據(jù)。這種根據(jù)用戶實(shí)際需要分配線路資源的方法也稱為統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用或智能時(shí)分復(fù)用。ATDM的每個(gè)用戶的數(shù)據(jù)傳輸速率可以高于平均速率，最高可達(dá)到線路總的傳輸能力。在ATDM中，由于數(shù)據(jù)不是以固定順序出現(xiàn)，所以接收端不知道應(yīng)該將哪一個(gè)時(shí)隙內(nèi)的數(shù)據(jù)送到哪一個(gè)用戶。為了解決這個(gè)問題，ATDM在發(fā)送數(shù)據(jù)中加入了用戶識(shí)別標(biāo)記，以便使接收端的多路復(fù)用器按標(biāo)記發(fā)送數(shù)據(jù)。異步時(shí)分復(fù)用克服了同步時(shí)分復(fù)用浪費(fèi)時(shí)隙的缺點(diǎn)，能動(dòng)態(tài)地按需分配時(shí)隙，避免出現(xiàn)空閑時(shí)隙。3. 波分多路復(fù)用波分多路復(fù)用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)就是在同一根光纖內(nèi)傳輸多路不同波長的光信號(hào)，以提高單根光纖的傳輸能力。4. 碼分多址復(fù)用碼分多址復(fù)用(Code Division Multiple Access，CDMA)是采用地址碼、時(shí)間和頻率共同區(qū)分信道的方式。其特征是每個(gè)用戶具有特定的地址碼，而地址碼之間具有正交性，從而提高了資源的利用率。5. 空分多址復(fù)用空分多址復(fù)用(Space Division Multiple Access，SDMA)是將空間分割構(gòu)成不同的信道，從而實(shí)現(xiàn)頻率的重復(fù)使用，以達(dá)到信道增容的目的。1.1.1.5 數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)主要包括電路交換、報(bào)文交換、分組交換和信元交換。1. 電路交換當(dāng)用戶要發(fā)送信息時(shí)，由源交換機(jī)根據(jù)信息要到達(dá)的目的地址，把線路連接到目的交換機(jī)，這個(gè)過程稱為線路接續(xù)。線路接續(xù)是由所謂的聯(lián)絡(luò)信號(hào)經(jīng)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式完成的，即根據(jù)用戶號(hào)碼或地址，經(jīng)局間中繼線傳送給被叫交換機(jī)并轉(zhuǎn)被叫用戶。線路接通后，就形成了一條端對(duì)端的信息通路，在這條通路上雙方即可進(jìn)行通信。通信完畢后，由通信雙方的某一方，向自己所屬的交換機(jī)發(fā)出撤銷線路的請求，交換機(jī)收到此信號(hào)后就將此線路撤銷，以供別的用戶呼叫時(shí)使用。電路交換工作過程如圖1.10所示。圖1.10 電路交換由于電路交換的接續(xù)路徑是采用物理連接的，在傳輸電路接續(xù)后，控制電路就與信息傳輸無關(guān)，所以電路交換方式的主要優(yōu)點(diǎn)是：數(shù)據(jù)傳輸可靠、迅速，不丟失且保持原來的序列。缺點(diǎn)是在有的環(huán)境下，電路空閑時(shí)的信道容量被浪費(fèi)，而且數(shù)據(jù)傳輸階段的持續(xù)時(shí)間不長的話，電路建立和拆除所用的時(shí)間也得不償失。因此它適合于系統(tǒng)間要求高質(zhì)量的大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r，其計(jì)費(fèi)方法一般按照預(yù)定的帶寬、距離和時(shí)間來計(jì)算。目前電路交換方式的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是利用現(xiàn)有電話網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的，所以數(shù)據(jù)終端的接續(xù)控制等信號(hào)要做到與電話網(wǎng)兼容。2. 報(bào)文交換報(bào)文交換采用了存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的交換方式，其基本原理是用戶之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，主叫用戶不需要先建立呼叫，而是先進(jìn)入本地交換機(jī)存儲(chǔ)器，等到連接該交換機(jī)的中繼線空閑時(shí)，再根據(jù)確定的路由轉(zhuǎn)發(fā)到目的交換機(jī)，如圖1.11所示。由于每份報(bào)文的頭部都含有被尋址用戶的完整地址，所以每條路由不是固定分配給某一個(gè)用戶，而是由多個(gè)用戶進(jìn)行統(tǒng)計(jì)復(fù)用。這種方法比起電路交換來有許多優(yōu)點(diǎn)，如下所示。(1)線路效率較高。這是因?yàn)樵S多報(bào)文可以分時(shí)共享一條節(jié)點(diǎn)的通道。對(duì)于同樣的通信容量來說，需要較少的傳輸能力。(2)不需要同時(shí)使用發(fā)送器和接收器來傳輸數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)可以在接收器可用之前，暫時(shí)存儲(chǔ)這個(gè)報(bào)文。(3)在電路交換網(wǎng)絡(luò)上，當(dāng)通信量變得很大時(shí)，就不能接收某些呼叫，而在報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)上，卻仍然可以接收報(bào)文，但傳送延遲會(huì)增加。(4)報(bào)文交換系統(tǒng)可以把一個(gè)報(bào)文發(fā)送到多個(gè)目的地，而電路交換網(wǎng)絡(luò)很難做到這一點(diǎn)。報(bào)文交換的主要缺點(diǎn)是，它不能滿足實(shí)時(shí)或交互式的通信要求，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)的延遲相當(dāng)長，而且有相當(dāng)大的變化。因此，這種方式不能用于聲音連接，也不適合于交互式終端到計(jì)算機(jī)的連接。有時(shí)節(jié)點(diǎn)收到過多的數(shù)據(jù)而不得不丟棄報(bào)文，并阻止了其他報(bào)文的傳送，而且發(fā)出的報(bào)文不按順序到達(dá)目的地。另外，報(bào)文交換中，若報(bào)文較長，需要較大容量的存儲(chǔ)器，若將報(bào)文放到外存儲(chǔ)器中去時(shí)，會(huì)造成響應(yīng)時(shí)間過長，增加了網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間。圖1.11 報(bào)文交換3. 分組交換分組交換也稱為包交換，它也采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的交換方式，其工作原理是首先把來自用戶的信息電文暫存于存儲(chǔ)裝置中，并劃分為多個(gè)一定長度的分組，每個(gè)分組前邊都加上固定格式的分組標(biāo)題，用于指明該分組的發(fā)端地址、收端地址及分組序號(hào)等。以報(bào)文分組作為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的單位，由于以報(bào)文分組作為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的單位，因而分組在各交換節(jié)點(diǎn)之間傳送比較靈活，交換節(jié)點(diǎn)不必等待整個(gè)報(bào)文的其他分組到齊，一個(gè)分組一個(gè)分組地轉(zhuǎn)發(fā)。這樣可以大大壓縮節(jié)點(diǎn)所需的存儲(chǔ)容量，也縮短了網(wǎng)絡(luò)延時(shí)。另外，較短的報(bào)文分組比較長的報(bào)文可大大減少差錯(cuò)的產(chǎn)生，提高了傳輸?shù)目煽啃?。分組交換適用于交互式通信，如終端與主機(jī)通信，它是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用最廣泛的一種交換技術(shù)。分組交換目前通常有兩種方法：數(shù)據(jù)報(bào)(Datagram)方式和虛電路(Virtual Circuit)方式。1)數(shù)據(jù)報(bào)方式在數(shù)據(jù)報(bào)分組交換中，每個(gè)分組的傳送是被單獨(dú)處理的。每個(gè)分組稱為一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)，每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)自身攜帶足夠的地址信息。一個(gè)節(jié)點(diǎn)收到一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)后，根據(jù)數(shù)據(jù)報(bào)中的地址信息和節(jié)點(diǎn)所儲(chǔ)存的路由信息，找出一個(gè)合適的路由，把數(shù)據(jù)報(bào)按原樣發(fā)送到下一節(jié)點(diǎn)。由于各數(shù)據(jù)報(bào)所走的路徑不一定相同，因此不能保證各個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)按順序到達(dá)目的地，有的數(shù)據(jù)報(bào)甚至?xí)谥型緛G失。以數(shù)據(jù)報(bào)方式進(jìn)行傳送的整個(gè)過程中，不需要建立虛電路，但要為每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)做路由選擇，如圖1.12所示。圖1.12 分組交換的數(shù)據(jù)報(bào)方法2)虛電路方式在虛電路分組交換中，為了進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)的源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間要先建一條邏輯通路。每個(gè)分組除了包含數(shù)據(jù)之外，還包含一個(gè)虛電路標(biāo)識(shí)符。在預(yù)先建立好的路徑上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都知道把這些分組引導(dǎo)到哪里去，不需要進(jìn)行路由選擇。通信完畢后，由某一個(gè)站提交清除請求來結(jié)束這次連接。它之所以是“虛”的，是因?yàn)檫@條電路不是專用的，如圖1.13所示。圖1.13 分組交換的虛電路方法虛電路分組交換的主要特點(diǎn)是：在數(shù)據(jù)傳送之前必須通過虛呼叫設(shè)置一條虛電路，但不像電路交換那樣有一條專用通路。分組在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上仍然需要緩沖，接著在線路上進(jìn)行排隊(duì)，等待輸出。在分組交換方式中，由于能夠以分組方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的暫存交換，經(jīng)交換機(jī)處理后，很容易地實(shí)現(xiàn)不同速率、不同規(guī)程的終端間通信。分組交換主要具有以下特點(diǎn)。(1)線路利用率高。分組交換以虛電路的形式進(jìn)行信道的多路復(fù)用，實(shí)現(xiàn)資源共享，可在一條物理線路上提供多條邏輯信道，極大地提高了線路的利用率。(2)不同種類的終端可以相互通信。數(shù)據(jù)以分組為單位在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，使不同速率終端、不同協(xié)議的設(shè)備經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供的協(xié)議變換功能后實(shí)現(xiàn)互相通信。(3)信息傳輸可靠性高。每個(gè)分組在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸時(shí)，在節(jié)點(diǎn)交換機(jī)之間采用差錯(cuò)校驗(yàn)與重發(fā)的功能，因而在網(wǎng)絡(luò)中傳送的誤碼率大大降低。而且當(dāng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的路由機(jī)制會(huì)使分組自動(dòng)地選擇一條新的路由以避開故障點(diǎn)，不會(huì)造成通信中斷。(4)分組多路通信。由于每個(gè)分組都包含有控制信息，所以分組型終端可以同時(shí)與多個(gè)用戶終端進(jìn)行通信，可把同一信息發(fā)送到不同用戶。4. 信元交換信元交換又稱為異步傳輸模式(Asynchronous Transfer Mode，ATM)，它是在分組交換的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種傳輸模式，結(jié)合了電路交換和分組交換的優(yōu)點(diǎn)，是一種面向連接的快速分組交換技術(shù)。在這一模式中，信息被組織成信元。因?yàn)榘瑏碜阅秤脩粜畔⒌母鱾€(gè)信元不需要周期性出現(xiàn)(這是ATM區(qū)別于其他傳輸模式的一個(gè)基本特征)，所以把這種傳輸模式稱為異步傳輸。這里的“異步”不是指數(shù)字通信過程中的不同步，而是指不需要對(duì)發(fā)送方的信號(hào)按一定的步調(diào)(同步)進(jìn)行發(fā)送。ATM信元是固定長度的分組，并使用空閑信元來填充信道，從而使信道被分為等長的時(shí)間小段。每個(gè)信元共有53個(gè)字節(jié)，分為兩個(gè)部分。前面5個(gè)字節(jié)為信頭，主要完成尋址功能；后面48個(gè)字節(jié)為信息段，用來裝載來自不同用戶、不同業(yè)務(wù)的信息。話音、數(shù)據(jù)、圖像等所有的數(shù)字信息都要經(jīng)過切割，封裝成統(tǒng)一格式的信元后在網(wǎng)絡(luò)中傳遞，最后在接收端恢復(fù)成所需格式。信元交換的主要特點(diǎn)是：該技術(shù)簡化了交換過程，去除了不必要的數(shù)據(jù)校驗(yàn)，采用了易于處理的固定信元格式，從而使傳輸時(shí)延減小，交換速率大大高于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)，適用于高速數(shù)據(jù)交換業(yè)務(wù)。5. 電路交換、報(bào)文交換和分組交換的比較電路交換、報(bào)文交換和分組交換三種數(shù)據(jù)交換技術(shù)的總結(jié)如下。(1)電路交換：在數(shù)據(jù)傳送之前需要建立一條物理通路，在線路被釋放之前，該通路將一直被一對(duì)用戶完全占有，適用于連續(xù)傳送大量數(shù)據(jù)，如圖1.14(a)所示。(2)報(bào)文交換：報(bào)文從發(fā)送方傳送到接收方采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的方式。在傳送報(bào)文時(shí)，只占用一段通路；在交換節(jié)點(diǎn)中需要緩沖存儲(chǔ)，報(bào)文需要排隊(duì)。因此，這種方式不能滿足實(shí)時(shí)通信的要求，如圖1.14(b)所示。(3)分組交換：此方式與報(bào)文交換類似，但報(bào)文被分成組傳送，并規(guī)定了分組的最大長度，到達(dá)目的地后需將分組重新組裝成報(bào)文。這是網(wǎng)絡(luò)中采用最廣泛的一種交換技術(shù)，如圖1.14(c)所示。三種數(shù)據(jù)交換方式各有其特點(diǎn)，對(duì)于實(shí)時(shí)性強(qiáng)的交互式傳輸，電路交換最合適，不宜用報(bào)文交換；對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中較輕的或間歇式負(fù)載，報(bào)文交換較合適；對(duì)于中等或稍重的負(fù)載，分組交換有較好的效果。圖1.14 三種交換方式的比較1.1.2 典型例題分析例1 在兩地之間通過衛(wèi)星信道發(fā)送數(shù)據(jù)包，傳播延遲是270ms，數(shù)據(jù)速率是50kb/s，數(shù)據(jù)長度是3000b，從開始發(fā)送到接收完成需要的時(shí)間是 (19) 。(2009年11月真題19)A50ms B330ms C500ms D600ms分析：總時(shí)間=數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間+傳輸延遲=(3 / 50) 1000 + 270 = 330。答案：B例2 設(shè)信道帶寬為3000Hz，信噪比為30dB，則可達(dá)到的最大數(shù)據(jù)速率約為 (20) 。(2009年11月真題20)A30b/s B300b/s C3kb/s D30kb/s分析：由香農(nóng)公式可知，在有噪聲的情況下可達(dá)到的最大數(shù)據(jù)率為C=Wlog2(1+S/N)，其中W是信道帶寬，S為信號(hào)的平均功率，N為噪聲平均功率，S/N叫做信噪比。由于在實(shí)際使用中S與N的比值太大，故常取其分貝數(shù)(dB)。分貝與信噪比的關(guān)系為dB=10 log10S/N。題中信噪比為30dB，則S/N為1000。分別將W和S/N代入香農(nóng)公式，可得C=3000 log2(1+1000)30009.9730 000 bps=30kb/s。答案：D例3 語音信道帶寬為4000Hz，調(diào)制為4種碼元，根據(jù)奈奎斯特定理，信道波特率為 (22) ，數(shù)據(jù)速率為 (23) 。(2009年5月真題22、23)(22) A4kBaud B8kBaud C16kBaud D32kBaud(23) A4kb/s B16kb/s C32kb/s D64kb/s分析：若信道帶寬為W，則奈奎斯特定理指出，最大波特率(碼元速率)為B=2W(Baud)。由題目知，語音信道帶寬為4000Hz，則波特率為B=24k=8kBaud。設(shè)碼元的種類數(shù)為N，則數(shù)據(jù)速率R=Blog2N=8klog24=16kb/s。答案：(22)B(23)B例4 空分多址技術(shù)將空間分割成不同的信道，從而實(shí)現(xiàn)頻率重復(fù)使用。在下列通信實(shí)例中，使用空分多址技術(shù)的是 (24) 。(2009年5月真題24)A有線電話 B衛(wèi)星通道 C局域網(wǎng)通信 D有線電視廣播分析：空分多址技術(shù)將空間分割成不同的信道，從而實(shí)現(xiàn)頻率重復(fù)使用，達(dá)到信道增容的目的?？辗侄嘀芳夹g(shù)用于無線通信領(lǐng)域。有線電視廣播采用的是頻分多路復(fù)用技術(shù)。而通過有線電話使用ADSL上網(wǎng)，利用的仍然是頻分多路復(fù)用技術(shù)。局域網(wǎng)通信則可以采用多種方式。答案：B例5 信元交換是ATM通信中使用的交換方式，下面有關(guān)信元交換的敘述中，錯(cuò)誤的是 (33) 。(2009年5月真題33)A信元交換是一種無連接的通信方式B信元交換采用固定長度的數(shù)據(jù)包作為交換的基本單位C信元交換可以采用硬件電路進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)D信元交換是一種采用統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞椒治觯盒旁粨Q又叫異步傳輸模式(ATM)，是一種面向連接的快速分組交換技術(shù)，它是通過建立虛電路來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹TM作為B-ISDN的核心技術(shù)，特別適合高帶寬和低時(shí)延應(yīng)用。ATM技術(shù)的重要特征有信元傳輸、面向連接、統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用和服務(wù)質(zhì)量。ATM的基本傳輸單位是信元，信元是具有固定長度的分組。ATM提供的服務(wù)是面向連接的，通過虛電路傳送數(shù)據(jù)。ATM采用統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用方式將來自不同信息源的信元匯集到一起，采用統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用方式有很大的靈活性。答案：A例6 通過CATV電纜聯(lián)網(wǎng)，采用的傳輸技術(shù)是 (19) 技術(shù)。(2008年11月真題19)A時(shí)分多路復(fù)用 B頻分多路復(fù)用C碼分多路復(fù)用 D空分多路復(fù)用分析：CATV(有線電視網(wǎng))采用電纜調(diào)制解調(diào)技術(shù)，這是一種頻分多路復(fù)用技術(shù)，它將同軸電纜的整個(gè)頻段劃分為3個(gè)部分，分別用于數(shù)字信號(hào)的上傳、下載和電視節(jié)目下傳。數(shù)字信號(hào)上傳使用的頻帶為542MHz，電視節(jié)目下載使用的頻帶為50550MHz，數(shù)字信號(hào)下載使用的頻帶為550750MHz。答案：B例7 語音信道的頻率范圍為3003400Hz，如果采用PCM編碼技術(shù)，則采樣頻率必須大于 (22) 。(2008年11月真題22)A300Hz B3400Hz C4000Hz D6800Hz分析：根據(jù)尼奎斯特定理，如果采樣頻率大于模擬信號(hào)最高頻率的2倍，則可以用得到的樣本空間恢復(fù)原來的模擬信號(hào)。在題目中，最大的頻率為3400Hz，則采樣頻率必須大于6800Hz。答案：D例8 設(shè)信道帶寬為4000Hz，兩側(cè)為256種不同的碼元，根據(jù)Nyquist定理，理想信道的數(shù)據(jù)頻率為 (23) 。(2008年11月真題23)A3kb/s B16kb/s C32kb/s D64kb/s分析：信道每一側(cè)有256種碼元，由數(shù)據(jù)傳輸速率C和碼元速率B的關(guān)系為可知，理想信道的數(shù)據(jù)頻率為24000log2256=240008=64000b/s=64kb/s。答案：D例9 在異步通信中，每個(gè)字符包括1位起始位、7位數(shù)據(jù)位、1位奇偶校驗(yàn)位和2位終止位，每秒鐘傳送100個(gè)字符，則數(shù)據(jù)速率為 (24) 。(2008年11月真題24 )A500b/s B700b/s C1000b/s D1100b/s分析：數(shù)據(jù)速率是指每秒鐘能傳輸?shù)亩M(jìn)制數(shù)據(jù)位數(shù)。由題意知，每秒可以傳送100個(gè)字符，而每個(gè)字符包括11位，則每秒傳送11100=1100位。因此數(shù)據(jù)傳輸速率為1100b/s。答案：D例10 如圖1.15所示(此處所加的圖號(hào)是為了使全書體例一致而加的，可能與真題中的表述不完全一致，但不影響讀者學(xué)習(xí)。以后不再一一說明)的兩種編碼方案分別是 (19) 。(2008年5月真題19)圖1.15 兩種編碼方案示意圖A曼徹斯特編碼，雙相碼BRZ編碼，曼徹斯特編碼CNRZ-I編碼，差分曼徹斯特編碼D極性碼，雙極性碼分析：不歸零(NRZ)用低電平表示二進(jìn)制0，用高電平表示二進(jìn)制1，每個(gè)比特的中間沒有跳變。但NRZ編碼不能使收發(fā)雙方保持同步。NRZ-I編碼是一種改進(jìn)的編碼，每個(gè)0比特的前沿沒有電平跳變，每個(gè)1比特的前沿有電平跳變，如圖1.15中的所示。曼徹斯特編碼中每個(gè)比特的中間都有一個(gè)跳變，電平從低到高的跳變表示二進(jìn)制0，電平從高到低的跳變表示二進(jìn)制1。差分曼徹斯特編碼是對(duì)曼徹斯特編碼的改進(jìn)，每比特的值根據(jù)其開始邊界是否發(fā)生跳變來決定。每比特的開始無跳變表示二進(jìn)制1，有跳變表示二進(jìn)制0，如圖1.15中的所示。答案：C例11 假設(shè)模擬信號(hào)的最高頻率為10MHz，采樣頻率必須大于 (22) ，得到的樣本信號(hào)才能不失真。(2008年5月真題22)A5MHz B10MHz C15MHz D20MHz分析：根據(jù)尼奎斯特采樣定理，要想恢復(fù)原來的模擬信號(hào)，采樣頻率必須大于模擬信號(hào)最高頻率的兩倍。題目中模擬信號(hào)的最高頻率為10MHz時(shí)，則采樣頻率必須大于20MHz。答案：D例12 非對(duì)稱數(shù)字用戶線(ADSL)采用的多路復(fù)用技術(shù)是 (23) 。(2008年5月真題23)AFDM BWDM CTDM DCDM 分析：頻分多路復(fù)用將信號(hào)劃分成若干通道，每個(gè)通道互補(bǔ)重疊，獨(dú)立進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。ADSL采用頻分多路復(fù)用方法，在PSTN使用的雙絞線上劃分出3個(gè)頻段：04kHz用來傳送傳統(tǒng)的語音信號(hào)；2050kHz用來傳送計(jì)算機(jī)上傳的數(shù)據(jù)信息；150500kHz或1401100kHz用來傳送從服務(wù)器上下載的信息。答案：A例13 設(shè)信道帶寬為4000Hz，調(diào)制為4種不同的碼元，根據(jù)Nyquist定理，理想信道的數(shù)據(jù)速率為 (24) 。(2008年5月真題24)A4kb/s B8kb/s C16kb/s D24kb/s分析：根據(jù)Nyquist定理，最大碼元速率(波特率)為B=2W(Baud)，一個(gè)碼元攜帶的信息量n(比特)與碼元的種類數(shù)N有如下關(guān)系：n=log2N。數(shù)據(jù)速率R的計(jì)算公式為R=B log2N=2W log2N=24000log24=80002 b/s=16kb/s。答案：C 例14 如圖1.16所示的4種編碼方式中，屬于不歸零編碼的是 (19) 。(2007年11月真題19)圖1.16 4種編碼方式示意圖分析：不歸零碼用低電平表示二進(jìn)制0，用高電平表示二進(jìn)制1，圖中A是不歸零碼，B是差分曼徹斯特編碼，D是曼徹斯特編碼。答案：A例15 T1載波采用 (21) 技術(shù)將 (22) 路話音信道復(fù)用在一條通信線路上。(2007年11月真題21、22)(21)A時(shí)分多路復(fù)用B空分多路復(fù)用 C頻分多路復(fù)用D碼分多址(22)A12B24C32D64分析：T1載波是目前應(yīng)用最為廣泛的時(shí)分多路復(fù)用。T1載波將24路音頻信道復(fù)用在一條通信線路上，每路音頻信號(hào)到達(dá)多路復(fù)用器之前，要經(jīng)過一個(gè)脈沖調(diào)制編碼器進(jìn)行取樣編碼。每一路輪流將一個(gè)字節(jié)插入到幀中，每個(gè)字節(jié)的長度為8位，用7位表示語音編碼，外加一位用于信道控制。答案：(21)A (22)B 例16 以下關(guān)于曼徹斯特編碼的描述中，錯(cuò)誤的是 (19) 。(2007年5月真題19)A無須另外傳輸同步信號(hào)B每個(gè)比特都由兩個(gè)碼元組成C用電平跳變來區(qū)分0和1D用電平的高低來區(qū)分0和1分析：曼徹斯特編碼不用電平的高低，而是采用電平的跳變來表示二進(jìn)制1和0。曼徹斯特編碼用高電平到低電平的跳變表示數(shù)據(jù)0，用低電平到高電平的跳變表示數(shù)據(jù)1。答案：D例17 (21) 采用不同頻率的信號(hào)在同一信道上傳輸數(shù)據(jù)。(2007年5月真題21)A空分多路復(fù)用 B時(shí)分多路復(fù)用C頻分多路復(fù)用 D碼分多址分析：頻分多路復(fù)用是在一條傳輸介質(zhì)上使用多個(gè)不同頻率的模擬載波信號(hào)進(jìn)行多路傳輸，各個(gè)載波是完全獨(dú)立的，每個(gè)子信道所占用的頻帶互不重疊。時(shí)分多路復(fù)用將用于傳輸?shù)臅r(shí)間劃分為若干個(gè)時(shí)間片，通過為多個(gè)信道分配互不重疊的時(shí)間片的方法實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用?？辗侄嗦窂?fù)用是在同一根光纖內(nèi)傳輸多路不同波長的光信號(hào)，其原理與頻分多路復(fù)用有相似之處。碼分多址采用地址碼、時(shí)間、頻率共同區(qū)分信道的方式。答案：C例18 下面關(guān)于曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼的描述中，正確的是 (19) 。(2006年11月真題19)A曼徹斯特編碼以電平的高低區(qū)分1和0B差分曼徹斯特編碼以比特前沿是否有電平跳變來區(qū)分1和0C曼徹斯特編碼需要附加外同步信息D在同樣波特頻率的情況下，差分曼徹斯特編碼的數(shù)據(jù)速率比曼徹斯特編碼高分析：曼徹斯特編碼用電平的跳變表示二進(jìn)制數(shù)，從高電平到低電平的跳變表示1，從低電平到高電平的跳變表示0；差分曼徹斯特編碼是對(duì)曼徹斯特編碼的改進(jìn)，每比特的值根據(jù)開始邊界是否發(fā)生跳變來決定，無跳變表示二進(jìn)制1，有跳變表示0。曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼的每一比特中都有電平跳變，電平跳變用于比特同步，因而不需要附加外同步信息。在同樣波特率的情況下，兩種編碼的數(shù)據(jù)速率是相同的。答案：B例19 下面關(guān)于信元交換(Cell Switch)的描述中，不正確的是 (20) 。(2006年11月真題20)A信元的大小為固定長度B信元交換采用了統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用的傳輸方式C信元交換時(shí)實(shí)時(shí)性比較